高中物理仿真演示实验设计

洪淇

摘要：在高中物理教学中，仿真演示实验的开展克服了传统物理实验中实验抽象、具有危险性、物理实验器材短缺、学生时间紧等缺点，能够有效培养学生的动手实验能力。

关键词：高中物理；信息技术；仿真演示实验

1 高中物理实验中存在的问题分析

高中物理新课程标准提出，在高中物理实验教学中鼓励教师采用多样化的教学形式，支持学生积极参与实验、自主进行探究性实验，让学生养成良好的科学精神。由于种种原因，目前在高中物理实验教学中仍存在一些问题，影响了我们学生的学习 。

1）高中物理实验过程中依然强调理论知识的传授，不注重实践技能培养。高中生面临高考压力，教师在实验教学过程中重视提高学生的分数，忽视学生能力的培养，实验教学过程中关心高考物理考纲中的内容，要求学生熟记实验原理、实验器材、实验步骤和实验结论等，对于创新性实验设计的题目，学生很难灵活运用知识进行解答 。

2）高中物理实验教学方法比较单一 。一类是传统的演示实验，教师操作实验，学生观察实验，完成实验报告。这种实验以教师活动为主，学生参与不积极，很难体会到实验的乐趣。另一类物理实验采用的教学方法是教师逐一讲解实验目的、实验原理、实验器材和实验过程中的注意事项等，学生完全按照教师的讲解重复实验，验证物理公式。这种实验教学方法限制了学生的思维发展，也不利于学生进行创新性实验。

2 仿真演示实验实施过程分析

动量守恒定律是高中物理教学中非常重要的一个内容，每年高考试卷中都有涉及这方面的题目，是高中物理实验教学中的难点和重点。动量守恒定律主要讲述相互作用的物体，在不受外力的作用或者受到的合外力为零的情况下，物体的总动量保持不变。动量守恒定律适用范围比较广，小到微观的粒子，大到宏观的天体。动量守恒定律广泛的适用范围和动量的四性（矢量性、相对性、系统性和同时性）决定了其内容比较抽象，学生难理解，高考丢分比较多。

实验理论依据 本实验的理论依据是动量守恒定律，仿真演示实验过程中需要注意：1）物体碰撞前后受到的合外力为零；2）不同条件下物体的质量和速度都要记录好，平抛运动的小球在平抛方向上是匀速直线运动，水平方向的合外力为零，满足动量守恒定律。

优化教学策略 本实验主要采用分组―合作教学策略和探究―发现教学策略，全班学生每六人为一组进行仿真演示实验。学生自主探究影响动量守恒定律实验的因素，不断地改变实验参数进行多次实验；记录每次实验数值，运用计算机软件对实验数据进行整理；掌握动量守恒定律的内容和实验原理，并学会应用到日常生活中，达到学以致用的教学目的。

演示实验教学过程

1）创设教学情境，激发学生的学习兴趣。教师在每组学生面前的电脑中播放视频：小时候同学们都比较喜欢玩碰碰车，碰碰车前面都安装有厚厚的胶皮，所以怎么碰也不会坏；两个鸡蛋从桌子上掉下来，掉到地面的鸡蛋摔碎了，但是落到海绵上的鸡蛋完好无损。提出问题：演示一下两个质量相等的小球在碰撞过程中，动量发生什么样的变化？带着问题，学生开始进行动量守恒定律实验。

2）仿真演示运动和静止的物体碰撞后动量守恒。首先演示在光滑的水平地面上有两个质量相同的铁球A和铁球B，铁球B保持静止，铁球A在碰撞前的速度为v1，发生碰撞后，铁球A和铁球B的状态是怎样变化的。接着演示两个质量不同的铁球A和铁球B，铁球B保持静止，铁球A在碰撞前的速度为v1，发生碰撞后铁球A和铁球B的状态是怎样变化的。每组学生都需要多次重复这两种情况并记录好实验数据，计算这两种情况下动量的变化是否遵从动量守恒定律。

3）仿真演示两个运动的物体在碰撞过程中动量守恒，斜面下滑的小球在碰撞过程中动量守恒。在电脑中模拟实验桌进行斜槽固定，安装过程中注意保证斜槽末端和导轨保持水平，也就是保证小球平滑地从斜面滑入导轨平面。仿真操作铁球A和铁球B在碰撞过程中动量守恒。首先，设置铁球A和铁球B的质量和位置坐标，设置摩擦因数为零（光滑没有摩擦力）的轨道，设置轨道的长度。其次，把铁球A和铁球B分别放在直线轨道的两头，以相同的初速度进行相向运动，发生碰撞后记录铁球A和铁球B的速 度；然后把铁球A和铁球B放在直线轨道的一头，铁球A在后面，铁球B在前面，但是铁球A的初速度大于铁球B，记录在运动过程中铁球A和铁球B发生碰撞后的速度分别是多少。最后，多次改变铁球A和铁球B的质量和初速度，重复进行以上两个实验，记录实验数据。

4）彩色小球运动碰撞实验。为了进一步激发学生的物理实验兴趣，仿真实验设置红色和绿色两个固定在弹簧上的小球，红色小球不动，设置绿色小球以一定的初速度向红色小球方向运动并碰撞红色小球；碰撞后，红色小球和绿色小球交换速度，红色小球开始压缩弹簧运动后，又向反方向运动并碰撞绿色小球……红色小球和绿色小球不停地交換速度，不停地碰撞。学生设想这两个彩色小球会不会一直这样运动碰撞？

5）学生整理实验数据，利用Excel软件进行数据处理，总结仿真演示实验过程中遇到的问题和动量守恒定律的内容。

教学评价 教学评价包括教师对教学过程的评价、教学内容的评价和学生学习效果的评价。在本次仿真演示实验中，学生动手动脑设计实验过程，通过不断地改变实验参数（小球的质量、运动速度和运动距离等），记录实验数据，总结实验结果，自己推导出动量守恒定律，创新能力和自主学习能力都有很大提高；并且熟悉了计算机软件相关知识，锻炼了分析问题的能力和创新能力。

学生自主学习能力大大提高 自主学习作为一种现代化学习方式，是每个学生都应该具备的一种能力。自主学习就是培养学生可以根据自己的学习实际确定学习目标、制订学习计划、选择学习策略、自我控制学习过程、自我评价学习效果等。在高中物理仿真演示实验过程中，学生根据实验内容和实验原理设计实验过程，并且不断改变实验条件、实验变量等，自主学习能力大大提高。

参考文献

[1]何克抗，李克东，谢幼如，等.“主导――主体”教学模式的理论基础[J].湖南第一师范学院学报，1999（2）：3-9.

[2]李璐.虚拟仿真实验室应用于初中物理实验教学的理论与实践研究[D].西安：陕西师范大学，2009.